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二维材料最新视觉报道_二维材料的应用(2024年11月全程跟踪)

内容来源：卡姆驱动平台所属栏目：热点更新日期：2024-11-28

二维材料

「x-mol微资讯」【清华大学雒建斌院士/刘宇宏教授课题组Mat. Sci. Eng. R：二维材料层间超滑特性与分子结构的相关性研究】网页链接近日，清华大学雒建斌院士/刘宇宏教授课题组通过实验和理论研究了四种不同结构类型的二维润滑材料的层间滑动能力，揭示了二维材料层间超滑特性与分子结构间的构效关系。

【「西安交通大学科研团队实现XIV族二维材料高通量制备」】「西安交大超话」西安交通大学郗凯、丁书江教授联合北京航空航天大学杨树斌教授和杜志国副教授提出在熔融金属中注入化学蒸气的方法合成XIV族二维纳米片，通过XIV族元素氯化物与熔融钠发生反应，从而在气/液界面上形成并分离出二维纳米片。该方法利用气液界面的限域生长和自组装特性，实现二维纳米片的高通量、可控合成。制备出的XIV族二维纳米片具有超薄厚度和大尺寸，与石墨烯结合后形成的复合薄膜在锂离子电池中表现出卓越的电化学性能。网页链接

「互联网技术超话」10年前，我在写作《互联网时代的浪漫与痛痒》这本书的时候，开始追问一个问题，中国可不可以绕开光刻机在芯片上弯道或者换道超车？ 1997年，有一位芯片领域的大神预测，50nm将会是摩尔定律的终点。结果现在芯片从50nm发展到眼下的7nm、5nm，甚至的3nm。这位被打脸的大神就是摩尔本人。芯片的空间虽然很窄，但是技术发展的路径依然很宽。未来中国在芯片赛道上，从思维上，可以从以下几个方向思考突围或者换道超车。第一，世界是可以重组的。芯片也可以。现在芯片里的晶体管都是住“平房”，如果做成立体的“楼房”就可节省“土地”了。比如我国基于薄膜晶体管传感器技术研发的X射线探测器芯片，打破“高分辨率与低放射剂量不可兼得”的技术困局，原理就是让像素从“平房”变成了“二层楼房”。第二，换材料。比如，碳纳米管或者石墨烯，这都是二维材料，不是三维材料，传输速度会更快，可以提升芯片性能。第三，电子自旋器件。将自旋属性引入半导体器件中，用电子电荷和自旋共同作为信息的载体。自旋期间，每一个电子天生都会旋转的，要么左旋，要么右旋，而芯片就是由无数个0和1组成的二进制的开关。芯片是要靠电子的流动来运行的，如果我们用电子的左旋或者右旋来代表0和1，那电子就根本不用流动了，原地旋转就可以了。第四，可重构芯片。也就是重新编程，重复使用。它作为一种新型芯片技术，其核心技术在于可配置的计算核心和内存结构，可重构芯片的逻辑构建主要包括硬件描述语言（HDL）设计、配置存储器设计和算法优化等方面。通过软件定义的方式，根据实际需求对芯片的内部结构和功能进行动态调整，从而实现不同的计算任务，这就使得可重构芯片具有极高的适应性和可扩展性。目前作为一种具有巨大潜力的处理器技术，正逐渐改变着互联网技术的格局，将在云计算、边缘计算、物联网、人工智能等领域发挥更大的作用。第五，类脑芯片。2019年11月，中国电子学会发布未来科技（智能制造）十大事件，类脑芯片入选。顾名思义，就是一种高度模拟人脑计算原理的芯片。如果把类脑芯片做得更像人脑，就会被赋予一个新的名字——神经形态计算。人类的思考方法与现在传统的芯片不同，比如人没有单独的存储器，没有动态随机存取存储器，没有哈希层级结构，没有共享存储器等等。“存储”和“处理器”错综复杂地深绕在人脑里，在人脑的结构中是“神经元”形式的存在。在电脑中，以数字化核心相互交流是基于脉冲，这点和人脑传递信息的方式相似。人类便从人脑中得到灵感，从而创造出这样的芯片，来提升性能，成为真正的“人工智能”，甚至无限接近人类，获得思考能力。现在的芯片运行都是遵照冯诺依曼体系的，也就是存储和计算是分开的。如果要进行计算，就需要把存储的信息调取并运送过来，仿照人类大脑的神经元的话，就省略这个环节了。第六，云芯片。中国科学院2018年发布了我国首款云端人工智能芯片——寒武纪MLU100。它可以广泛应用于智能手机、智能音箱、智能摄像头、智能驾驶等不同领域。这是面向人工智能领域的大规模的数据中心和服务器提供的核心芯片，可支持各类深度学习和经典机器学习算法，充分满足视觉、语音、自然语言处理、经典数据挖掘等领域复杂场景下的云端智能处理需求。比如说手机芯片，其实不一定非要做的都这么高大上，需要计算或者存储的时候交给云端的超级芯片，而手机端就负责输入和输出就可以了。这样端侧智能处理可以最快速响应用户需求，以非常低小的功耗、成本和延迟，帮助用户理解图像、视频、语音和文本。同时，云侧的智能处理则可以把无数个端的信息汇聚在一起进行集中加工。因此，端云协同的智能处理模式将在数据方面发挥巨大优势，利用海量数据，训练出强大的人工智能模型。第七，二维二硫化钼。这也是一个二维材料。它由钼和硫原子组成，结构类似于石墨烯。它具有层状结构，每一层由一个钼原子和两个硫原子构成一个三边形晶胞，层与层之间由范德华力相互作用在一起。硅原子最外层有四个电子，它和上下左右的四个邻居可以共享，最外层电子就可以组成8个电子的稳定结构，但是住在最边缘的硅原子，它旁边已经没有邻居了，就不够稳定。而二硫化钼，就没有这个问题。用单晶硅做的芯片是必须用光刻机刻出来的，而用二硫化钼做芯片可能只需要一个化学沉淀过程，类似于生长出来，就可以绕开光刻机了。麻省理工学院的研究人员已经开发了一种突破性的技术，可以在硅芯片上直接生长二维过渡金属二氯化物材料，从而实现更密集的集成。这种由二维材料制造成功的原子晶体管，每个晶体管只有 3 个原子的厚度，堆叠起来制成的芯片工艺将轻松突破 1nm。

基于二维材料金属-半导体相变构建的具有低电源电压的新一代晶体管网页链接

石墨烯远红外线的作用和功效家人们，今天我们来聊聊石墨烯远红外线这个神奇的“健康神器”吧！石墨烯作为一种二维材料，近年来在健康养生领域可是备受瞩目哦。它释放的远红外线对人体的健康有着诸多好处。今天我就来详细给大家分享一下石墨烯远红外线的三大主要功效，看看它到底有多神奇吧！ ✨提升身体含氧量姐妹们有没有发现，有时候我们会觉得氧气不够，头晕眼花？其实这可能是血气不足的表现哦！当血气不足时，血液中的水分子会结成惰性水，无法有效通过细胞膜，从而限制身体的含氧量。然而，石墨烯远红外线能够与水分子产生共振，将其转化为独立水分子，从而提高身体的含氧量。这不仅能让细胞恢复活力，还能让我们精神更加畅旺，为身体的各项生理功能提供充足的能量。是不是很神奇？ 𐟒‰改善血液循环除了提升含氧量外，石墨烯远红外线还能深入人体皮下组织，产生热效应，促使微血管扩张，使得血液循环变得更为通畅。这一过程中，远红外线能够刺激血管壁上的热感受器，通过神经系统的调节，改善血管张力，促进血液循环。血液循环的改善还带来了诸多其他益处，比如减轻心脏压力、改善微循环系统以及预防疾病的发生等。感觉每天都像在给自己做一次“全身SPA”呢！ 𐟔夿ƒ进新陈代谢新陈代谢是生命活动的基本过程哦！它包括物质的合成与分解、能量的转化与利用等多个方面。而石墨烯远红外线正是通过促进新陈代谢，为身体带来了一系列健康益处。一方面，它能促进血液微循环，加速新陈代谢速率，帮助清除体内垃圾和有害物质；另一方面，它还能提高巨噬细胞的吞噬功能，调节人体细胞免疫和体液免疫，从而增强人体的抵抗力。这样一来，我们的身体会更加健康有活力！通过提升身体含氧量、改善血液循环以及促进新陈代谢，它能为我们的健康带来诸多保障。欢迎大家留言分享使用心得哦！感谢您的关注～

中国的碳基半导体技术正逐步成为全球科技竞争的新焦点。𐟔젨復Š€术基于碳元素，相较于传统的硅基半导体，碳基材料在导电性、载流子迁移率及热稳定性等方面展现出显著优势，预示着更高的集成度和更低的能耗。𐟓ˆ 近年来，中国科研团队在碳基半导体领域取得了突破性进展，从碳纳米管、石墨烯到二维材料的研究，不断拓宽了碳基半导体的应用边界。𐟔 实验室中，科研人员正利用先进的微纳加工技术，精细操控碳材料的结构与性能，致力于开发出高性能的碳基晶体管、存储器件及集成电路。𐟔犊碳基半导体技术的突破，不仅有望解决当前硅基半导体面临的物理极限挑战，还将为电子信息产业带来革命性的变革。𐟚€ 中国作为这一领域的积极参与者和推动者，正通过加大研发投入、构建创新体系、促进产学研合作等措施，加速碳基半导体技术的产业化进程，为全球半导体产业的可持续发展贡献中国智慧与力量。𐟌Ÿ

基于石墨烯的光学传感器在多个领域得到了广泛的应用。二维材料是伴随着 2004 年曼切斯特大学 Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料一-单层石墨烯(graphene)而提出的。在成功得到单层石墨烯(二维)之后,它和金刚石(三维)、石墨(三维)、碳纳米管 (一维) 和富勒烯(零维)就组成了一个完整的碳材料“家族”，与这些成员相比，单层石墨烯的一些性能指标如光学、电学等均与之相当甚至更好。从理论上说，单层石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，不同形状的单层石墨烯薄片可以构成不同的碳材料21。如图所示。单层石墨烯从理论上的预言到实验上的成功制备,经历了近 60 年的时间。传统理论认为,单层石墨烯不会在现实中存在。从结果来看，理论方面显然是错误的，之所以出现这种与理论相悖的结果是因为单层石墨烯层片并非一个完美平面，故其通过在表面形成褶皱或吸附其他分子来维持自身的稳定性。但从在实验室成功用胶带剥离出单层石墨烯之后，不仅理论方面得到了完善，其制备方法也取得了很大的进步。在下面我们简单介绍了制备单层石墨烯常用的几种方法以及其优缺点。完美石墨烯由于具有优异的性质而被誉为 21 世纪最具颠覆性的“新材料之王”，并在高频晶体管、机械谐振器、透明导体、自旋电子学、传感器和药物输送方面显示出巨大的应用潜力。单层石墨烯具有特殊的能带结构，即锥形的价带与导带完全对称分布在费米能级的上下，致使导带和价带仅有一个交叉点(此交叉点也被称为狄拉克点)，如图 1.2 所示。从分子结构来看，每个 C-C 键都有一个成键轨道与反键轨道，并且以 C-C 键为平面完全对称，而且整个单层石墨烯分子结构中的每个a键互相共钜形成了一个大r键，电子或空穴将会有一个很高的电子费米速率(106m/s)。正是由于这些，在电学特性方面，单层石墨烯的载流子的传输能力很强。在室温下，单层石墨烯薄膜电子迁移率高达 200000 cm2/(Vⷳ)，其相对应的电阻率为 10-6𗣭，比一些导电性很强的金属如铜、银还要低。除了超高的迁移率和超低的电阻率之外，单层石墨烯还有其他的一些突出的电子性质，如量子霍尔效应、自选传输性质等。在热学特性方面，其主要取决于单层石墨烯的声子传输。室温下导热率高达 5300 W/mk，是纯铜导热率(400 W/mⷫ)的 10 多倍。除了上述所提到的这些特性，单层石墨烯的光学性能也格外突出。同电子特性类似，单层石墨烯的光学特性也与二维、单原子厚的蜂窝状碳晶格密切相关。正因如此独特的电子能带结构，原则上单层石墨烯对白光的吸收值为𑨲.3%)，即透过率高达 97.7%，几乎完全透明，反射率可以忽略不计 (<0.1%，10 层石墨烯约为 2%)，而且石墨烯的光吸收率随着石墨烯层数的增加而线性增加。由于石墨烯强大的宽带吸收，在全内反射下对横向电模式(Transverse Electric,TE)和横向磁模式(Transverse Magnetic,TM)表现出不同的反射率，理论研究表明，在全内反射情况下，单层、双层和少层石墨烯对光的 TE 模式的吸收多于 TM 模式。在磁场的作用下，单层石墨烯的电子和空穴会分离。随着磁场强度的增加光吸收的振幅会增加，并出现蓝移。根据单层石墨烯的精细结构常数，再结合保利阻塞原理，可知单层石墨烯的光吸收可以通过调整费米面的位置来调节。从能带转换来看，光和单层石墨烯之间的相互作用主要有两种类型，带间跃迁和带内跃迁。在紫外区，带间跃迁接近鞍点，此时的光吸收超过了普遍的吸收值，具有激子效应。在远红外和太赫兹光谱区，电子响应主要是带内跃迁，在这个波段的电子响应类似于金属中的自由电子响应，可以激发表面等离子体激元。在近红外和可见光波段，光反应主要是带间跃迁。单层石墨烯的另一个有趣的光学方面是胶体石墨烯量子点。这种量子点可以发蓝光或绿光，并在体外异质结光伏电池中充当良好的电荷载体分离器。石墨烯可以结合光纤反射原理或光纤于涉原理作为荧光材料。除了这些光学特性,还有许多其他光学现象如磁光效应、电磁感应透明和光束偏移等。石墨烯的光学特性为构建基于石墨烯的光学器件奠定了基础，基于石墨烯的光学传感器也陆续被开发出来。目前，基于石墨烯的光学传感器主要包括 SPR 传感器、石墨烯光纤 SPR 传感器和石墨烯空间光传感器。其中，应用最广泛的光学传感器是基于 SPR 的传感器，其灵敏度高，无标记，能够实时响应。对于光学传感器来说，单层石墨烯还可以应用于生物传感器中。基于石墨烯的光学生物传感器可用于单细胞检测、细胞系和抗癌药物检测、蛋白质和抗原-抗体检测等。同样地，SPR 型的生物传感器的功能特点也非常突出，具有实时监测、检测方便快捷、灵敏度高、分析数据质量高、跟踪监测配体稳定性、保证反应平衡和应用广泛等特点。

𐟔探索石墨烯：纳米界的黑金 𐟌ˆ石墨烯，一种由碳原子构成的神奇单层结构，是人类发现的首种二维材料。它拥有世界上最小的电阻率，导电性超乎想象，竟是铜的百万倍！𐟒奜襯𜧃�𙩝⯼Œ石墨烯同样大放异彩，超越了已知的所有材料。𐟔娀Œ且，它近乎完全透明且柔软，被誉为21世纪最颠覆性的材料。𐟒Ž更神奇的是，石墨烯能吸收和辐射高达40%的远红外线！𐟌ž快来一起探索石墨烯的奥秘吧！𐟌Ÿ

三维石墨烯负载钯催化剂对表征及其催化加氢性能的反应 ? ? 催化加氢是用于合成各种有机分子的重要化学过程。它涉及在催化剂存在下使用氢气还原分子。 ? 钯（Pd）因其高活性、选择性和稳定性而是一种常用的加氢催化剂，然而，通过在合适的材料上支持钯催化剂可以增强它们的催化性能。 ? 石墨烯是一种二维材料，由于其高表面积、优异的机械强度和导电性，作为支撑材料引起了人们的关注。 ? 最近开发的三维（3D）石墨烯具有比2D石墨烯更好的性能，使其成为Pd催化剂的理想载体材料。 ? 制备3D石墨烯的方法有几种，包括化学气相沉积、模板辅助合成和水热合成，模板辅助合成方法通常用于3D石墨烯的制备，因为它简单且具有成本效益。 ? 在这种方法中，牺牲模板材料用于创建3D结构，然后涂覆石墨烯，然后去除模板材料，留下3D石墨烯结构。 ? 为了制备3D石墨烯负载的Pd催化剂，将Pd纳米颗粒沉积到3D石墨烯结构上，几种方法可用于Pd纳米颗粒的沉积，包括浸渍，电化学沉积和化学还原。 ? 在这些方法中，化学还原是Pd纳米颗粒沉积在石墨烯上最常用的方法，因为它简单有效，在该方法中，将Pd前体如PdCl2添加到含有3D石墨烯结构的溶液中。 ? 然后将还原剂如硼氢化钠加入溶液中，将Pd前体还原为Pd纳米颗粒，其沉积到3D石墨烯结构上。 ? 3D石墨烯负载钯催化剂的性质可以使用多种技术表征，包括透射电子显微镜（TEM），X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）。 ? TEM是一种用于表征纳米材料的强大技术。它提供有关支撑材料上纳米颗粒的大小、形状和分布的信息。 ? 图1显示了沉积在3D石墨烯上的Pd纳米颗粒的TEM图像，Pd纳米粒子均匀分布在石墨烯载体材料上，表明分散性良好。 ? XRD是一种用于分析材料晶体结构的技术。它可用于确定载体材料上纳米颗粒的大小和分布，图2显示了沉积在3D石墨烯上的Pd纳米颗粒的XRD图谱。 ? 2€𜳹.7Ⱓ€46.2Ⱓ€67.8Ⱕ’Œ81.5Ⱕ䄧š„峰分别对应于Pd的（111）、（200）、（220）和（311）平面，峰的展宽表明Pd纳米颗粒尺寸小，分散在石墨烯载体材料上。 ? XPS是一种用于分析材料的化学成分和氧化状态的技术，它可用于确定载体材料上Pd纳米颗粒的化学状态。 ? 图3显示了沉积在3D石墨烯上的Pd纳米颗粒的XPS光谱，结合能为335.1 eV时的峰值对应于Pd 3d5/2，结合能为341.1 eV时的峰对应于Pd 3d3/2，Pd0和Pd2+峰的存在表明Pd纳米粒子被部分氧化。 ? 以硝基苯还原为苯胺为模型反应，评价了3D石墨烯负载Pd催化剂的催化加氢性能。 ? 反应在以氢气为还原剂的间歇式反应器中进行。通过改变催化剂负载量、温度和氢气压力来优化反应条件。 ? 图4显示了不同Pd负载量的3D石墨烯负载Pd催化剂的催化活性，反应速率随着Pd负载量的增加而增加，最高负载量为0.5 wt%。 ? Pd负载量的进一步增加不会显著提高催化活性，这是因为Pd纳米颗粒在较高的负载下开始团聚，从而减少了活性表面积。 ? 图5显示了反应温度对3D石墨烯负载Pd催化剂催化活性的影响，反应速率随着温度的升高而增加，最高可达80Ⰳ，由于反应物和产物分子的热分解，温度的进一步升高导致反应速率降低。 ? 图6显示了氢压力对3D石墨烯负载Pd催化剂催化活性的影响，反应速率随着氢气压力的增加而增加，最高可达 5 bar 的压力，由于活性位点的饱和，氢压的进一步增加不会显着提高催化活性。 ? 采用化学还原法将Pd纳米颗粒沉积在3D石墨烯结构上，制备了3D石墨烯负载Pd催化剂.采用透射电镜、XRD和XPS技术对催化剂的性能进行了表征。 ? 以硝基苯还原为苯胺为模型反应，评价了催化剂的催化加氢性能，结果表明，3D石墨烯负载型Pd催化剂表现出较高的催化活性，这归因于3D石墨烯的高比表面积和优异的机械强度。 ? 发现3D石墨烯负载Pd催化剂的催化性能优于不同材料负载的其他Pd催化剂，结果表明，3D石墨烯是Pd催化剂在各种催化应用中的载体材料。

华中科技大学叶镭教授团队与中科院上海技术物理研究所胡伟达研究员团队合作，系统综述了近年来应变工程如何调控二维材料在光学、电学、磁学等方面的物理性能，以及这些材料在功能器件中的表现。华中科技大学叶镭，上海技术物理所胡伟达Smal...

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